什么是扭矩？

    扭矩是可以導致物體繞軸旋轉的力的量度。正如力是導致物體在線(xiàn)性運動(dòng)中加速的原因一樣，轉矩是導致物體獲得角加速度的原因。

扭矩是矢量。轉矩矢量的方向取決于軸上力的方向。

    任何曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)門(mén)的人都會(huì )對扭矩有一個(gè)直觀(guān)的了解。當一個(gè)人打開(kāi)門(mén)時(shí)，他們將門(mén)推到離鉸鏈最遠的一側。向最靠近鉸鏈的一側推動(dòng)需要更大的力。盡管在兩種情況下所做的工作都是相同的（在較小的距離上會(huì )施加較大的力），但人們通常更喜歡施加較小的力，因此通常是門(mén)把手的位置。

圖1：以最大扭矩打開(kāi)門(mén)。

    扭矩可以是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的。

    靜態(tài)力矩是一種不產(chǎn)生角加速度的。有人推著(zhù)關(guān)閉的門(mén)正在向門(mén)施加靜態(tài)扭矩，因為盡管施加了力，但門(mén)并未繞其鉸鏈旋轉。有人以恒定速度踩踏自行車(chē)也會(huì )施加靜態(tài)扭矩，因為它們沒(méi)有加速。

    從起跑線(xiàn)加速的賽車(chē)中的驅動(dòng)軸承載著(zhù)動(dòng)態(tài)扭矩，因為在賽車(chē)沿軌道加速的情況下，它必須產(chǎn)生車(chē)輪的角加速度。

    描述扭矩時(shí)使用的術(shù)語(yǔ)可能會(huì )造成混淆。工程師有時(shí)將“ 力矩 ”或“ 扭力”與“扭矩”互換使用。力作用的半徑有時(shí)稱(chēng)為力矩臂。

扭矩如何計算？

    轉矩矢量的大小給定力產(chǎn)生的扭矩是

    τ=F⋅Rsin （θ ）

     R 是力矩臂的長(cháng)度，θ 是力矢量和力矩臂之間的角度。對于圖1所示的門(mén)，力為直角90°到力矩臂，因此正弦項變?yōu)?/span>1且τ=F⋅r。

    按照慣例，使用右手抓握規則可以找到扭矩矢量的方向。如果手沿旋轉軸卷曲，而手指指向力的方向，則轉矩矢量指向拇指的方向，如圖2所示。

圖2：使用右手法則找到的轉矩矢量的方向。

如何測量扭矩？

    扭矩的單位是牛頓米（N.m）。

    在標稱(chēng)單位中，通常使用千克•力。這是令人困惑的，因為通俗地說(shuō)，千克•力有時(shí)被用作質(zhì)量單位，有時(shí)被用作力。這里的意思是千克•力，這是由于地球重力作用在一千克物體上的力。這些單位的大小通常與1千克•力≈9.8牛頓米（N.m）。

    在非旋轉系統中測量靜態(tài)扭矩通常很容易，并且可以通過(guò)測量力來(lái)完成。給定力矩臂的長(cháng)度，可以直接找到扭矩。在旋轉系統中測量扭矩要困難得多。一種方法是通過(guò)測量傳動(dòng)軸金屬內的應變來(lái)工作，該應變傳遞扭矩并無(wú)線(xiàn)發(fā)送此信息。